жджд

Велосипеттегі физикалық қозғалыс Шығыс Қазақстан облысы Жарма ауданы Абай атындағы көпсалалы мектеп-гимназияның 11сынып оқушысы Қабдешов Алихан Ғылыми жетекшісі: Рахимбаев Нурмади Абилович

Велосипеттегі физикалық қозғалыс

Шығыс Қазақстан облысы Жарма ауданы

Абай атындағы көпсалалы мектеп-гимназияның

11сынып оқушысы Қабдешов Алихан

Ғылыми жетекшісі: Рахимбаев Нурмади Абилович

Жұмысымның мақсаты – велосипедшінің велосипед айдау кезіндегі физикалық заңдылықтарды қарастыру және түсіндіру, жылдамдықды арттыруға практикалық ұсыныстар беру.

Жұмысымның басында велосипедтіңі шығуы және даму тарихы берілген. Негізігі бөлімінде велосипедте жүру физикасы яғни физикалық заңдар, велосипедшінің тежеуіш кезіндегі тепе-теңдік сақтау негіздері, сонымен қатар велосипедшінің бірқалыпты қозғалғандағы күштерінің әсері зерттелінеді.   Педальдың кинематикасын, динамикасы және энергетикасы қарастырылады. Велосипедшінің жылдамдығының ауа кедергісіне байланысты графикалық тәуелділік жасалынды, велосипедшінің отырысына байанысты, аяғының бұлшықеттерінің белсенділігіне байланысты графиктер тұрғызылды. Аяқтың педальға түсірілген күштің нормальдық және тангенциальдық күш векторлары жіктелген.

Қорытынды бөлімінде физика тұрғысынан адамзат велосипедтің қазіргі түрі, сипаты ең оптимальді екенін есептетінін түсіндіремін. Велосипедшінің жылдамдығын арттыру жолдлары қарастырылады (киімі-экипировкасы, отырысы)

Велосипед (французша: velocipede, шығу тегі; латынша: velox – жылдам, жеддел және pes – аяқ) – адамкүшімен қозғалатын көлік түрі.

Көбінесе екі доңғалақты, кейбір кездері үш доңғалақты түрлереі де кездеседі. Бірінші велосипедтер Еуропада XIX ғасырда пайда болып, одан бері  әлемге кең тарап, қазіргі дағдылы кейпіне дейін дамып келген. Бүгінгі күні саны 1,000,000,000-тан асатын бұл көлік әлемнің кейбір аумақтарында серуендеуге, не спортта қолданылса, көп региондарда негізгі транспорт түрі болып табылады.

Велосипедтің шығу тарихы мен ойлап шығарған адамы нақты белгілі емес. Ең ықтимал божам ретінде неміс бароны Карл Дрездің есімі аталды. Карл Дрез өз машинасын 1817 жылы ойлап тауып, патентін алған. Бұл көлік адамның жерді аяғымен итеру арқылы қозғалған.

Велосипедтің тарихы терең. Кейбір деректерге қарағанда, 1863 жылы Парижде 20 жастағы франциялық өнертапқыш Пьер Лалман қазіргі велосипедке ұқсайтын ең алғаш көлік құралын жасап шығарған көрінеді.Тағы бір жылдан кейін франциялық инженер Пьер Мишо бұл көлікке «велосипед» атауын берген екен. 1866 жылдың қараша айында Пьер Лалман Америкаға барып, өзіне жасап шығарған велосипедке патент алды.

Велосипедтің жалпы бейнесі, рамасының конфигурациясы, доңғалақтары, педальдары, отырғышы және тұтқасы 1885 жылы алғашқы жасалған шынжырлы нұсқасынан аса көп өзгерген емес. Әрине, сол уақыттан бері, әсіресе кейінгі кезде, жаңа материалдар қолданылып, компьютері орнатылған модельдер де дамытылып, велосипедтің дизайнына айтарлықтай өзгерістер жасалды.

 

Велосипед – жедел жүруге арналған қарапайым көлік. Ол XVI ғасырдан бастап көптеген елдердің өнертапқыштары: Г.Гантшель (Германия,1649), Р.Ла Рошелли(Франция,1693), Леонтий Шамшуренков(Ресей, 1752), Овенден (Англия, 1761), т.б. жасаған төрт доңғалақты велосипед Ресейде жасалды. Ефим Артамонов жасаған велосипед 1801 жылы Мәскеуде көпшілікке көрсетілді. Оның алдыңғы үлкен доңғалағы педаль арқылы қозғалысқа келетін де, артқы кішкене доңғалағы сүйемелдеуіш қызметін атқаратын. Соңынан Батыс Еуропа елдерінде әр түрлі велосипедтер (Карл Драйс, Германия, 1815) пайда болды. XIXғасырдың 50-жылдары неміс механигі Ф.М.Фишер велосипедтің алдыңғы доңғалағына педаль кигізілген шатун орнатуды ұсынды. XIX ғасырдың аяқ кезінен бастап велосипед көптеп шығарыла бастады. Бұл кезде оның құрылысына пневматикалық шина, шарикті ішпек (подшипник), болат түтіктен жасалған рама, шынжырлы беріліс, еркін жұмыс механизмі, т.б. енгізілді. Қазіргі велосипед үстіне ершік орнатылған рамадан, екі (кейде үш) дөңгелектен тұрады. Ол аяқ күшімен педальді беріліс арқылы қозғалысқа келтіріледі. Оның рульмен байланысқан алдыңғы доңғалағы бағыттауыш қызметін атқарады. Велосиед пайдалану мақсатына және құрылымдық ерекшеліктеріне қарай: көліктік велосипед, көліктік жеңіл велосипед, жасөспірімдер велосипеді, спорттық велосипеді, балалар велосипеді және арнаулы велосипед болып ажыратылады.  Көліктік велосипедтің рамасы берік, шинасы жалпақ, рулі биік орналасқан, салмағы 16 килограмм шамасында, пайдалануда барынша қарапайым болып келеді. Көліктік жеңіл велосипедтің салмағы жеңілдеу (14 килограмм) әрі шинасы жіңішкелеу, әдетте қол тежеуішпен жабдықталады. Жасөспірімдер велосипеді ересектерге арналған көліктік велосипедтің көшірмесі іспетті, құрылымы мейлінше қарапайым әрі бөлшектері үлкен велосипедтегіден гөрі кішірек келеді. Спорттық велосипедтердің тас жолға және трекке арналған түрлері бар. Олардың салмағы жеңіл (8 – 11 килограмм), камерасыз шиналары жіңішке болады; құралымдық жабдықтары легирленген болат және дюралюминий сияқты берік әрі барынша жеңіл материалдардан жасалады, рулі төмен орнатылып, қол тежеуішпен және жылдамдық ауыстырғышпен (сегіз – он сатылы) жабдықталады. Спорттық велосипедтің бір түрі – тандем. Ол екі кісіге лайықталып, қос доңғалақты және қос берілісті болып жасалады. Мұндай велосипедтің жылдамдығы сағатына 70 километрге дейін жетеді. Балалар велосипедінің екі және үш доңғалақты, сондай-ақ құрама түрлері (үш доңғалақты велосипедті екі доңғалақты велосипедке және керісінше өзгертуге болады) бар. Балалар велосипедінің шиналары тұтастай құйылып немесе үрлемелі резина күйінде шығарылады. Арнаулы велосипедтерге циркте ойнауға, жүк тасуға, қарт адамдардың жүріп-тұруына арналған бір – үш доңғалақты велосипедтер, велоарба, тағыда басқа жатады. Соңғы кезде жиналмалы велосипедтер көп тарады. Аспалы қозғалтқышпен жабдықталған велосипед мопед деп аталады

     Велосипедшінің тежеуіш кезіндегі тепе-теңдік сақтау негіздері.

Цирктегі клоундай велосипедші физика заңдарын пайдаланып велосипедті басқарып отырады. Велосипед велосипедшімен бірге алдыңғы тіреулі рычагқа ұқсас. Ең қарапайым (көп жағдайда елемейтін әсіресе тежеуіш кезінде) құбылыстан бастайық – гироскопиялық эффект. «Юла» атты балалардың ойыншығында қте көп көрнекілік көруге болады. Кішкентай жылдамдықта бұл эффект көрінбейді, ал үлкен жылдамдықтарда бұл эффект өзін көрсетеді. Велосипедті жай айдағанда (н-төмен)  бірнеше метр айдағанда, велосипед тепе-теңдік емес екенін байқаймыз.

Неғұрлым дөңгелектің айналу жыдамдығы үлкен (н-жоғары), соғұрлым тепе-теңдік оңай сақталады.

Енді велосипед тежеу кезіндегі күштер әсерін қарастырайық.

Суретке қарасақ, велосипед – велосипедші жүйенің салмағын және велосипед дөңгелегінің жерге қысымының таралуын көруге болады. Бұл күштер қара түспен боялған.

Тежелу кезінде негізгі әсер етуші күш – инерция, ол ауырлық центрінде. Тежелу кезінде суретте көп өзгеріс пайда болды. Қозғалыс бағытында, жаңа күш пайда болуы, дөңгелектердің жерге беретін қысым күштерін өзгертеді. Бұл жағдайада ауырлық центрі алға жылжығандай болады. Әдетте, артқы дөңгелек бірқалыпты қозғалыста болады. (Орындық артқы дөңгелекке жақын орналасқан). Тежелу кезінде ауырлық центрі алдыңғы дөңгелектен де ары шығып кеткендей болады, себебі, салмақ және инерция күштерінің қорытынды күші «астына» немесе «астына-алға» бағытталған. Бұл жағдай велосипедті алдыңғы дөңгелегінен аударылуға әкеледі. Осыдан қорытынды жасағанда, неғұрлым ауырлық центрін орындықтан ары қарай жылжытсақ, соғұрлым тежелу қауіпсіз болады.

Адам және тепе-теңдік

Адамның ауырлық центрі іштің төмен жағында орналасқан, себебі аяқтардың салмағы дене салмағынын жартысына тең. Адамның тепе-теңдік сақталуы ауырлық центрі орнынан және тіреудің аудан шамасчына байланысты: неғұрлым ауырлық центрі төмен және тіреудің аудан шамасы үлкен, соғұрлым дене тепе-теңдікті оңай сақтайды. Адам құламайды егер ауырлық центрінен өтетін вертикал сызық табанымен шектелген ауданынан өтсе.

Моряктар тербеліп жүзген қайықтың үстінде, аяғын талтайтып қояды, себебі табанымен шектелген тіреу ауданы үлкенірек болады.

Қорытынды

Педальдің айдау кинематикасы. Велосипедті айдау кезінде бір уақытта өтетін үш айналу қозғалысты көреміз.Айдау кезінде оң және сол аяқтар масса центірлері шеңберлі траекториямен қозғалады, бірақ екі аяқтың жалпы масса центрі велосипедке қатысты қозғалмай тұрады. Осыдан, вертикал қозғалысқа жұмсалған жұмыс 0-ге тең.

Динамика және энергетика

Велосипедті айдаған кезінде механикалық энергия үйкеліс күші және ауа кедергісі күшін жоюға және аяқ ауыстыруға жұмсалады.

Сыртқы жұмыс жылдамдыққа, велосипедшінің отырысына және арнайы киіміне, үйкеліс коэффициентіне тәуелді.

Велосиедшінің толық механикалық энергиясы ауа кедергісін жоюға кетеді, солай жылдамдығы 5 м/с кезде дамыған қуаттың 50% , ал жылдамдығы 10 м/с қуаттың 80% ауа кедергісіне қарсы жұмсалады. Ауа кедергісін азайту үшінотырсы мен киімі денеге жабысып тұру керек. Мысалы, бас киім, яғни шлем, реактивтік ұшқыштың ұшына ұқсас, 4 км-де 3 секунд ұтуға мүмкіндік береді. Тағы 1.5 секунд пайда беретін арнайы аяқ киім-байлағышы болмайды.

Аяқ бұлшық еттерінің жұмысы. Бағыттаушылармен және оның нормаль бағыты бойынша, жанама бағытымен немесе тангенциальдық жіктеушілер векторлар көрсетілген.

Жоғарыдан төменге қозғалыс кезінде велосипедшінің еңкею бұрышы өзгереді, сондықтан алдыңғы дөңгелегіне тағы жүк түседі, ал артқы дөңгелектің жермен жанасуы азаяды. Осындай кезде қол тежеуішті қолдануға тиімсіз.

 

Пікір қалдыру

Сіздің email-ңыз жарияланбайды. Қатарды міндетті түрде толтырыңыз *

*